數(shù)電課程設(shè)計(jì)---交通燈

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 交通指示燈 </p><p>　　院 系： </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2010年5月25日</p

3、><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p><b>　　交通指示燈</b></p><p>　　摘 要：設(shè)計(jì)了一個(gè)交通燈控制電路，該電路具有控制十字路口交通燈的功能，紅燈亮表示停止，綠燈亮表示通行，通行和停止時(shí)間各為30秒，通行和停止時(shí)間用數(shù)碼管顯示，采用倒計(jì)時(shí)方式。脈沖信號(hào)用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路來產(chǎn)生的。74LS192可

4、逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的減法功能和74LS47譯碼器構(gòu)成譯碼電路來實(shí)現(xiàn)電路的減法計(jì)數(shù)。兩個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管來顯示譯碼電路實(shí)現(xiàn)的減法計(jì)數(shù)。兩組發(fā)光二極管來顯示紅綠燈的變化，整個(gè)電路采用5伏電源供電。利用Multisim 10對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，可以實(shí)現(xiàn)交通指示燈從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試的綜合設(shè)計(jì)流程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：交通指示燈；時(shí)鐘信號(hào)；555多諧振蕩電路；計(jì)數(shù)器；譯碼器</p>

5、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)背景 ……………………………………………………………………1</p><p>　　1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成…………………………………………1</p><p>　　1.2掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成…………………………………………1</p>

6、<p>　　2.設(shè)計(jì)方案……………………………………………………………………1</p><p>　　2.1任務(wù)分析……………………………………………………………………1</p><p>　　2.2方案論證……………………………………………………………………2</p><p>　　3.方案實(shí)施…………………………………………………………………2</p&

7、gt;<p>　　3.1原理圖設(shè)計(jì)…………………………………………………………………2</p><p>　　3.2電路仿真……………………………………………………………………4</p><p>　　3.3 PCB制作……………………………………………………………………5</p><p>　　3.4安裝與調(diào)試……………………………………………………………

8、…… 5</p><p>　　4.結(jié)果與結(jié)論…………………………………………………………………6</p><p>　　5.收獲與致謝…………………………………………………………………7</p><p>　　6.參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………7</p><p>　　7.附件 ……………………………………………………

9、…………………8</p><p>　　7.1電路原理圖…………………………………………………………8</p><p>　　7.2 PCB布線圖 ………………………………………………………………8</p><p>　　7.3元器件清單……………………………………………………………9</p><p><b>　　1. 設(shè)計(jì)背景</

10、b></p><p>　　1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成</p><p>　　用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路?，F(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成。邏輯門是數(shù)字邏輯電路的基本單元。存儲(chǔ)器是用來存儲(chǔ)二值數(shù)據(jù)的數(shù)字電路。從整體上看，數(shù)字電路可以分為組合邏輯電路和時(shí)序

11、邏輯電路兩大類。數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時(shí)鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其形式包括各種輸入接口電路。模擬信號(hào)則需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，必須首先了解輸入信號(hào)的性質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計(jì)合適的輸入接口電路。</p><p>　　1.2掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成</p><p>　　時(shí)鐘電路可以簡(jiǎn)單定

12、義為產(chǎn)生像時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路，且在任何工作都按時(shí)間順序，用于產(chǎn)生這個(gè)時(shí)間的電路。時(shí)鐘電路一般由晶體震蕩器、晶震控制芯片和電容組成，它是數(shù)字電路系統(tǒng)中的靈魂，屬于一種控制電路，整個(gè)系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時(shí)鐘電路包括主時(shí)鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的 555 多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計(jì)中的基準(zhǔn)時(shí)間形成電路等都屬于時(shí)鐘電路。設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時(shí)鐘的頻率，并注意與其他控

13、制信號(hào)結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時(shí)鐘脈沖。</p><p><b>　　2. 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1任務(wù)分析</b></p><p>　　交通燈控制器主要實(shí)現(xiàn)兩部分功能，第一，交通的停止或前進(jìn)由紅、綠燈顯示；第二，交通燈的倒計(jì)時(shí)顯示，及對(duì)彩燈的控制。定時(shí)器產(chǎn)生矩形脈沖，用計(jì)數(shù)器和譯碼器實(shí)現(xiàn)置數(shù)，控

14、制數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)工作，用觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)紅綠燈的變化。</p><p><b>　　2.2方案論證</b></p><p>　　將設(shè)計(jì)系統(tǒng)由時(shí)鐘信號(hào)電路、主控制器、譯碼顯示器、信號(hào)燈顯示器四大部分組成。其中之中信號(hào)電路用于給各個(gè)組成部分提供定時(shí)信號(hào)，使相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光。譯碼顯示器在控制器的控制下，改變交通燈信號(hào)，產(chǎn)生倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示，控制器根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)電路產(chǎn)生的信號(hào)，

15、進(jìn)行狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，使顯示器的顯示發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變。各部分功能分別由具體的器件連接實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　3. 方案實(shí)施</b></p><p><b>　　3.1原理圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路主要由555定時(shí)器組成震蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，送到狀態(tài)產(chǎn)生電路，狀態(tài)產(chǎn)生電路根據(jù)需要產(chǎn)生秒脈沖

16、。</p><p>　　第一，時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)。555多諧自激振蕩集成電路制成，與兩個(gè)48千歐電阻和一個(gè)10uf電容還有一個(gè)100nf電容一起構(gòu)成周期為一秒的時(shí)鐘周期發(fā)生器，為電路提供時(shí)鐘信號(hào)，支持整個(gè)電路的工作。</p><p>　　第二，用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器。多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，就能產(chǎn)生矩形波輸出。設(shè)計(jì)利用多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩脈沖,作為信號(hào)發(fā)

17、生器使用。接通電源后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，就能產(chǎn)生矩形波輸出。</p><p>　　由脈沖頻率公式：f=1/（R1+2R2）Cln2可知.要使555定時(shí)器組成的多諧振蕩器發(fā)出信號(hào)的頻率為1Hz，則可令R1 =48K,R2=48K ,C1=10uf（實(shí)物電路元器件以47K電阻代替48K電阻）。</p><p>　　555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器如圖1所示。</p><p>

18、　　圖1 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　第三，譯碼器。由74LS192N計(jì)數(shù)器和74LS47N譯碼器組成，用以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常工作，其中可逆計(jì)數(shù)器是用減法的，并且在時(shí)鐘電路的控制下讓數(shù)碼管工作，進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。我們將振蕩電路所產(chǎn)生的周期性脈沖信號(hào)接入計(jì)數(shù)器的14引腳從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的減法功能，再將計(jì)數(shù)器與譯碼器連接起來最終構(gòu)成部分，再將信號(hào)接入數(shù)碼管，使數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)。計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的計(jì)數(shù)與顯

19、示電路如圖2所示。</p><p>　　圖2 計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的計(jì)數(shù)與顯示電路圖</p><p>　　第四，74LS74N雙D觸發(fā)器。電路如圖3所示。</p><p>　　圖3 74LS74雙D觸發(fā)器電路</p><p><b>　　3.2電路仿真</b></p><p>　　在各單元電路設(shè)

20、計(jì)的基礎(chǔ)上，用Multisim軟件把各單元電路連接起來，畫出符合軟件要求的系統(tǒng)整體邏輯電路圖。系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)完成后，對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。通過查閱數(shù)字電路器件手冊(cè)或網(wǎng)絡(luò),掌握所選電子元器件，尤其是中大規(guī)模集成電路的性能、引腳定義以及封裝形式，明確各器件的輸入端、控制端對(duì)信號(hào)的要求和輸出信號(hào)的特點(diǎn)。仿真圖如下圖5所示。</p><p><b>　　圖4 仿真圖</b><

21、;/p><p>　　對(duì)該邏輯電路原理圖進(jìn)行仿真，所得結(jié)果與之前任務(wù)分析結(jié)果相符。</p><p><b>　　3.3 PCB制作</b></p><p>　　本次試驗(yàn)PCB設(shè)計(jì)采用Altiuum Designer09。第一步，設(shè)計(jì)原理圖，在元件庫(kù)中選擇所需的元件，依照仿真圖正確的連接好線路；第二步，將原理圖導(dǎo)入到PCB中；第三步，布線，按照要求采用

22、電源閑和地線要求采用0.8mm或是0.6mm,如果從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.4mm或0.3mm。信號(hào)線采用0.5mm，如果從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.4mm或0.3mm。焊盤的內(nèi)徑用0.8mm或0.85mm。外徑根據(jù)需要進(jìn)行修改，一般為X方向1.6 mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。合理布線，在盡量少的采用跳線下應(yīng)整齊美觀。至此完成了PCB的制作。</p><p>　　圖5 PCB

23、布線圖</p><p><b>　　3.4 安裝與調(diào)試</b></p><p>　　對(duì)應(yīng)PCB圖上的元件將所用到的器件底座焊接到電路板上，有跳線的話要先焊接跳線，在焊接的過程中要避免焊錫與電路板上的銅線相交，而且要注意底座對(duì)應(yīng)芯片的封裝關(guān)系。其中，對(duì)應(yīng)缺口的左下角第一個(gè)管腳號(hào)為1然后按逆時(shí)針方向依次為2、3……要避免跳線與管腳相交焊接時(shí)的注意二極管的極性,在焊接之前用

24、在焊接之前要把各個(gè)電阻的阻值用萬用表測(cè)試,檢查阻值是否正確； 檢查變壓器的型號(hào),確定220V交流電經(jīng)</p><p>　　變壓器變壓后是合適的電壓； 最好選用220V/25W的電烙鐵；焊接時(shí)動(dòng)作要以把電路板銅線燙壞；焊接要準(zhǔn)確； 每焊接好一處注意要檢查是否有短路現(xiàn)象。 </p><p>　　焊接完畢后進(jìn)行調(diào)試，具體步驟是在接通電源前，先用萬用表仔細(xì)檢查各管腳是否有短路，虛焊、漏焊現(xiàn)象

25、。檢查無誤后，先不要把各個(gè)集成塊插入芯片插座中，然后接通電源，用手觸摸橋碓,看看是否發(fā)熱,或者用萬用表測(cè)試其兩端的電壓是否在10V左右。如果發(fā)熱或者電壓為零則說明電路中有短路的現(xiàn)象，要立刻切斷電源，再做仔細(xì)的檢查，改正后再進(jìn)行同樣的測(cè)試，直到正常為止。再測(cè)試各個(gè)芯片的電壓是否正常，正常的話可以把各個(gè)集成塊芯片插入芯片插座中。以上檢查無誤后,再進(jìn)行調(diào)試。</p><p><b>　　4. 結(jié)果與結(jié)論<

26、;/b></p><p>　　由555定時(shí)器制成的振蕩電路，74LS192計(jì)數(shù)，74LS47組成的譯碼電路最終制成符合要求的交通燈電路設(shè)計(jì)。交通燈原理圖如下圖7所示。</p><p>　　圖6 交通燈原理圖</p><p>　　將上述原理圖畫于DXP軟件中，進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，將弄好的PCB版圖進(jìn)行元器件的排放，在盡量少用跳線的指導(dǎo)下進(jìn)行布線工作，最終做出下面的圖。再

27、根據(jù)做好的PCB圖來進(jìn)行制板工作，最終制成一塊合適的電路板。再在所做的電路板上進(jìn)行元器件的焊接工作，焊接完后進(jìn)行電路的檢查，看所焊電路板電路是否正常工作。最后加上5v電壓后，電路正常工作，和仿真出來的效果是一樣的。</p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，本次試驗(yàn)大大培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力和同學(xué)間的相互合作

28、精神。之前在課本上學(xué)習(xí)的不太透徹的知識(shí)在本次實(shí)踐中得到了證明與檢驗(yàn)，我從中獲益匪淺，也深刻體會(huì)到了“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的道理。通過這次課程設(shè)計(jì)，從理論到實(shí)踐，我從中學(xué)到了很多，對(duì)各種元器件有了充分的了解，培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力，在學(xué)習(xí)書本知識(shí)的同時(shí)，加深了我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)這門課程的理解和掌握。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐充分結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論

29、，才能真正弄懂，弄明白。以前做實(shí)驗(yàn)只知道簡(jiǎn)單的連線，這次我從理論原理到設(shè)計(jì)制作充分學(xué)習(xí)與掌握。并且知道了自己原先學(xué)習(xí)中的不足，加深了對(duì)我的數(shù)電這么可的深層認(rèn)識(shí)。</p><p>　　綜合運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)課程中的理論知識(shí)合作完成了設(shè)計(jì)課題，培養(yǎng)了我動(dòng)手查閱手冊(cè)、文獻(xiàn)資料，分析，解決實(shí)際問題和合作完成任務(wù)的能力，熟悉了常用電子元器件的類型、特性和使用方法，掌握了合理選用的原則，學(xué)會(huì)了數(shù)字電路系統(tǒng)的安裝與調(diào)試方法，熟悉

30、了常用電子儀器儀表的使用方法，掌握了編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書的方法，培養(yǎng)了嚴(yán)肅的工作作風(fēng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)還讓我學(xué)習(xí)了很多知識(shí)，認(rèn)識(shí)了合作的重要性，做事要細(xì)致，哪怕一根線，一個(gè)焊點(diǎn)都要認(rèn)真的做，只有前面全部的細(xì)致工作才有后面的成功。而且認(rèn)識(shí)到安全的重要性，特別在使用電和烙鐵的時(shí)候，一定要注意安全。</p><p>　　另外這次課

31、程設(shè)計(jì)的順利完成，要特別感謝老師、老師、老師、老師的耐心輔導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)中給出的寶貴建議和意見的同學(xué)們，在此，我表示深深的感謝！</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005. </p><p>　　[2]臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：高等教

32、育出版社，2005.</p><p>　　[3]邱關(guān)源.羅先覺.電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[4]閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005.</p><p>　　[5]張陽(yáng)天.韓異凡. Protel DXP電路設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2005.</p><p&g

33、t;<b>　　7. 附件</b></p><p><b>　　7.1 電路原理圖</b></p><p><b>　　圖7 電路原理圖</b></p><p>　　7.2 PCB布線圖</p><p>　　圖8 PCB布線圖</p><p><